Diastereo- and Enantioselective Photobiocatalytic α-Alkylation of α-Heteroaryl Amines Enabled by Pyridoxal Photochemistry

化学 立体中心 对映选择合成 胺气处理 吡哆醛 催化作用 组合化学 有机化学 立体化学 立体异构 生物催化 光化学 苏氨酸 有机催化 氨基酸 氮气 酶催化 酶
作者
Cangxin Zheng,Binh Khanh Mai,Riley Y. Way,Peng Liu,Qilei Zhu,Yang Yang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (38): 40847-40858
标识
DOI:10.1021/jacs.6c08663
摘要

We report a photobiocatalytic system for the enantio- and diastereoselective α-alkylation of α-heteroaryl amines, a largely underexplored class of synthetically valuable non-native amine donors. Evaluation and directed evolution of thermophilic threonine aldolases, enabled by high-throughput photobiocatalysis, furnished pyridoxal 5'-phosphate (PLP)-dependent enzymes capable of mediating radical C-C bond formation with high levels of stereocontrol. The resulting system enabled the synthesis of diverse chiral aliphatic amines bearing valuable nitrogen heterocycles, including pyridines, pyrimidines, pyrazines, thiazoles, imidazoles, benzothiazoles, and benzimidazoles. Notably, challenging stereochemical elements, such as α-tetrasubstituted stereogenic centers, contiguous trisubstituted stereocenters, and contiguous tri- and tetrasubstituted stereocenters, were readily accessible with our evolved radical C-C coupling enzyme, with excellent diastereo- and enantiocontrol. UV-visible spectroscopy revealed that directed evolution promoted the rapid formation and stabilization of a catalytically essential quinonoid intermediate from non-native amine donors, while mechanistic studies supported an unconventional PLP-enabled photochemical pathway for radical generation from Katritzky salts. Collectively, these results establish pyridoxal radical catalysis as a strategy for expanding chemical space beyond α-amino acids, highlighting its potential to access structurally complex chiral amines with excellent stereocontrol.
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